CN117133688A - 一种用于背封晶圆的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于背封晶圆的装置及方法，所述装置包括：供应单元，所述供应单元用于将反应气体供应至所述晶圆以在所述晶圆上生长背封膜；调节单元，所述调节单元用于对被供应的反应气体的温度进行调节，使得供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度高于供应至所述晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度。能够避免因晶圆中心加热温度低导致的背封膜厚度不均匀的问题。

Description

一种用于背封晶圆的装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆生产领域，尤其涉及一种用于背封晶圆的装置及方法。
背景技术
随着半导体集成电路产业的快速发展，外延晶圆成为了半导体集成电路产业的关键基础材料，大规模集成电路多数产品工艺均使用外延晶圆。外延晶圆可以通过晶圆的外延生长获得，具体地，外延晶圆是指在经抛光的晶圆上再生长一层电阻率和厚度可控、无晶体原生粒子(Crystal Originated Particles，COP)缺陷且无氧沉淀的单晶层。晶圆的外延生长工艺主要有真空外延沉积、气相外延沉积以及液相外延沉积等，其中气相外延沉积的应用最为广泛。但在气相外延沉积的过程中特别是对于重掺晶圆而言不可避免地会存在自掺杂现象。自掺杂现象产生的一种可能的原因为：在晶圆外延生长的高温环境下，晶圆中含有的例如硼或磷的掺杂剂原子向外扩散并穿过晶圆背面进入到用于外延生长的反应气体中，并沉积到晶圆的外延层中。晶圆的外延层中沉积有上述掺杂剂原子的情况下会导致电阻率漂移，从而严重影响外延晶圆的品质。
晶圆背封技术是一种常用的阻止自掺杂现象出现的手段，该技术是指在晶圆背面沉积一层比如高纯二氧化硅薄膜之类的背封膜，以避免上述掺杂剂原子穿过晶圆背面进入反应气体中，起到对掺杂剂原子封闭的作用，从而有效抑制自掺杂，减小对电阻率的影响，改善外延晶圆的品质。
出于成本及成膜质量的考虑，通常采用常压化学气相沉积(AtmosphericPressure Chemical Vapor Deposition，APCVD)方式将背封膜沉积在将要进行外延生长的晶圆的背面。现有的连续式APCVD系统一般包括晶圆传送模块、加热模块和沉积模块等，晶圆被传送模块携带经过沉积模块以在加热模块提供的高温的作用下在晶圆背面沉积背封膜。早期的APCVD系统传送模块采用合金材质的传送带，现出于金属污染的考虑更多选用非金属材料的晶圆承载托盘，比如碳化硅托盘。
晶圆以正面与托盘相邻并且仅晶圆的周缘与托盘接触的方式承载在托盘上，在对晶圆进行加热的过程中，晶圆会发生软化进而在重力的作用下产生变形或者说塌陷，导致晶圆的径向中心区域与托盘发生接触，由此对晶圆的正面造成损伤。目前，为防止晶圆的径向中心区域由于过热导致塌陷问题，将晶圆径向中心区域加热至了相对较低的温度，这样就有效的阻止了塌陷问题的产生。但是，由于晶圆受热不均，导致在晶圆径向中心区域处的沉积膜厚偏低，造成了沉积膜的厚度均匀性变差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于背封晶圆的装置及方法，即使为避免塌陷问题将晶圆中心加热至较低温度，也能够避免背封膜厚度不均匀的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种用于背封晶圆的装置，所述装置包括：
供应单元，所述供应单元用于将反应气体供应至所述晶圆以在所述晶圆上生长背封膜；
调节单元，所述调节单元用于对被供应的反应气体的温度进行调节，使得供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度高于供应至所述晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度。
在根据本发明的实施例的装置中，供应至晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度较高，而供应至晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度较低，因此，即使出于避免晶圆塌陷的角度考虑，将晶圆的径向中心区域的温度加热至较低，而将晶圆的径向边缘区域的温度加热至较高，会使背封膜在径向中心区域的生长速率低于在径向边缘区域的生长速率，但由于径向中心区域与温度较高的反应气体接触，而径向边缘区域而与温度较低的反应气体接触，因此背封膜在径向中心区域的生长速率会较高，在径向边缘区域的生长速率会较低，抵消了由于温度差异导致的生长速率的不同，由此使得生长的背封膜在晶圆的整个背面上的厚度是均匀的。
在本发明的优选实施例中，所述调节单元包括多个加热元件，每个加热元件呈圆环状，所述多个加热元件处于同一平面中并且彼此同心，所述多个加热元件中的径向外侧元件用于对供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体进行加热，所述多个加热元件中的径向内侧元件用于对供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体进行加热。
这样，只要径向内侧元件的加热功率大于径向外侧元件的加热功率，便能够使供应至晶圆的径向中心区域的反应气体被加热至的温度高于供应至晶圆的径向边缘区域的反应气体被加热至的温度，而由于径向内侧元件和径向外侧元件是独立于彼此的，因此提供不同的加热功率是容易实现的。
在本发明的优选实施例中，所述供应单元包括多个排气部分，每个排气部分呈圆环状并且由一连串用于排出反应气体的排气口构成，所述多个排气部分处于同一平面中并且彼此同心。
由于排气口的存在，反应气体能够以更为集中、直接的方式供应至晶圆的上表面，而且，在所述多个排气部分在几何形态上以与所述多个加热元件类似的方式布置的情况下，能够使从所述多个排气部分排出的反应气体得到更为直接、精确的加热，从而能够有利于对从径向外侧的排气口排出的反应气体以及从径向内侧的排气口排出的反应气体的温度进行控制。
在本发明的优选实施例中，所述多个加热元件设置在所述多个排气部分与所述晶圆的背面之间。
这样，加热元件可以通过热辐射实现对反应气体直接加热，而不需要加热元件产生的热量经由限定出排气口的实体环状内壁再传递至反应气体，有利于对从径向外侧的排气口排出的反应气体以及从径向内侧的排气口排出的反应气体的温度进行控制。
在本发明的优选实施例中，所述加热元件和所述排气部分在径向上交替排列。
这样，能够避免反应气体受到加热元件的干扰，从而能够更为精确地到达晶圆的径向边缘区域以及径向中心区域。
在本发明的优选实施例中，所述多个加热元件所处平面与所述晶圆的背面之间的间距介于5cm至10cm之间。
这样，既能够避免加热元件对晶圆产生加热作用，又能够避免加热后的反应气体的行进距离太长而无法精确地到达晶圆的径向边缘区域以及径向中心区域。
在本发明的优选实施例中，所述加热元件为电热丝。
这样，不同的加热元件能够以更为容易地方式提供不同的加热功率。
在本发明的优选实施例中，所述装置还包括传送带，所述传送带用于将所述晶圆传送至与所述供应单元相对的位置处。
在本发明的优选实施例中，所述装置还包括多个托盘，所述多个托盘以沿着所述传送带的传送方向排列的方式搁置在所述传送带上以被所述传送带传送，每个托盘用于承载单个所述晶圆。
第二方面，本发明实施例提供了一种用于背封晶圆的方法，所述方法包括：
将反应气体供应至所述晶圆以在所述晶圆上生长背封膜；
对被供应的反应气体的温度进行调节，使得供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度高于供应至所述晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的用于背封晶圆的装置的示意图；
图2为根据本发明的实施例的装置的调节单元的多个加热元件的示意图；
图3为根据本发明的实施例的装置的供应单元的多个排气部分的示意图；
图4为根据本发明的实施例的装置的调节单元的多个加热元件以及供应单元的多个排气部分之间的相对位置关系的示意图；
图5为根据本发明的另一实施例的用于背封晶圆的装置的示意图；
图6为根据本发明的实施例的用于背封晶圆的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种用于背封晶圆W的装置1，该装置1可以包括：
供应单元10，该供应单元10用于将反应气体RG供应至晶圆W以在晶圆W上生长背封膜F，其中，在图1中通过箭头线示意性地示出了反应气体RG，另外如在图1中示出的，供应单元10可以位于晶圆W的上方并且向下供应反应气体RG，如在图1中通过空心箭头示意性地示出的，以使背封膜F生长在晶圆W的上表面上，也就是说在图1中，晶圆W的上表面为晶圆W的背面；
调节单元20，该调节单元20用于对被供应的反应气体RG的温度进行调节，使得供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG的第一温度T1高于供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG的第二温度T2，具体地在图1中，通过晶圆W的上表面中的圆形浅色区域示意性地示出了径向中心区域CA，而通过晶圆W的上表面中的环形深色区域示意性地示出了径向边缘区域EA，另外，供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG通过带箭头实线示意性地示出，供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG通过带箭头虚线示意性地示出，另外出于附图清楚性的目的，通过竖向的实线表示出了反应气体RG整体的轮廓边缘以及供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG与供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG之间的分界线，其中反应气体RG整体的轮廓边缘也可以在晶圆W的径向外侧，而不是如图1中示出的那样与晶圆W的周缘对齐，以确保背封膜F生长在晶圆W的整个背面上。
在根据本发明的实施例的装置1中，供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG的第一温度T1较高，而供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG的第二温度T2较低，因此，即使出于避免晶圆W塌陷的角度考虑，将晶圆W的径向中心区域CA的温度加热至较低，而将晶圆W的径向边缘区域EA的温度加热至较高，会使背封膜F在径向中心区域CA的生长速率低于在径向边缘区域EA的生长速率，但由于径向中心区域CA与温度较高的反应气体RG接触，而径向边缘区域EA而与温度较低的反应气体RG接触，因此背封膜F在径向中心区域CA的生长速率会较高，在径向边缘区域EA的生长速率会较低，抵消了由于温度差异导致的生长速率的不同，由此使得生长的背封膜F在晶圆W的整个背面上的厚度是均匀的。
另外需要说明，参见图1可知，供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG是可能流通至晶圆W的径向边缘区域EA的，也就是说看上去供应至晶圆W的径向中心区域CA的温度较高的反应气体RG也会参与晶圆W的径向边缘区域EA处的背封膜的生长，导致背封膜F在径向边缘区域EA的生长速率仍然会较高，但事实上并非如此，因为对于供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG而言，总是首先流通至径向中心区域CA然后才能流通至径向边缘区域EA，而反应气体RG中的有效成膜成分比如四氢化硅和氧气已经在径向中心区域CA处被消耗。
对于上述调节单元20的具体实现方式而言，在本发明的优选实施例中，参见图2并结合图1，调节单元20可以包括多个加热元件21，每个加热元件21呈圆环状，所述多个加热元件21处于同一平面P1中并且彼此同心，所述多个加热元件21中的径向外侧元件21O用于对供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG进行加热，所述多个加热元件21中的径向内侧元件21I用于对供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG进行加热。这样，只要径向内侧元件21I的加热功率大于径向外侧元件21O的加热功率，便能够使供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG被加热至的温度高于供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG被加热至的温度，而由于径向内侧元件21I和径向外侧元件21O是独立于彼此的，因此提供不同的加热功率是容易实现的。
对于上述供应单元10的具体实现方式而言，在本发明的优选实施例中，参见图3并结合图1，供应单元10可以包括多个排气部分11，每个排气部分11呈圆环状并且由一连串用于排出反应气体RG的排气口11E构成，所述多个排气部分11处于同一平面P2中并且彼此同心。由于排气口11E的存在，参见图1容易理解的是，反应气体RG能够以更为集中、直接的方式供应至晶圆W的上表面，而且，在每个排气部分11呈圆环状而所述多个排气部分11处于同一平面P2中并且彼此同心的情况下，即所述多个排气部分11在几何形态上以与所述多个加热元件21类似的方式布置的情况下，能够使从所述多个排气部分11排出的反应气体RG得到更为直接、精确的加热，从而能够有利于对从径向外侧的排气口11E排出的反应气体RG以及从径向内侧的排气口11E排出的反应气体RG的温度进行控制。
在本发明的优选实施例中，尽管在附图中未示出但结合图1至图3可以理解地，所述多个加热元件21可以设置在所述多个排气部分11与晶圆W的背面WB之间，也就是说，所述多个加热元件21所处于的平面P1和所述多个排气部分11所处于的平面P2是两个不同的平面而不是同一平面，并且更具体地，在反应气体RG的排出方向上，与所述多个排气部分11相比，所述多个加热元件21要更靠近于晶圆W的背面。可以理解的是，对于排气部分11而言，必然是供应单元10的实体的一部分，或者说对于排气口11E而言，必然是由实体的环状内壁围绕而成的，因此在上述情形下，加热元件21可以通过热辐射实现对反应气体RG直接加热，而不需要加热元件21产生的热量经由上述实体的环状内壁再传递至反应气体RG，有利于对从径向外侧的排气口11E排出的反应气体RG以及从径向内侧的排气口11E排出的反应气体RG的温度进行控制。
在本发明的优选实施例中，参见图4，加热元件21和排气部分11可以在径向上交替排列。需要说明的是，由于加热元件21和排气部分11都呈圆环状，因此这里的“径向”可以指的是加热元件21的径向也可以指的是排气部分11的径向。这样，加热元件21和排气部分11在径向上是不重合的，或者说即使在反应气体RG的排出方向上加热元件21处于排气部分11的下游，经由排气部分11排出的反应气体RG也能够最大程度地避免受到加热元件21的干扰，由此避免了被径向外侧元件21O加热后反应气体RG在径向外侧元件21O的干扰下供应至了晶圆W的径向中心区域CA而不是供应至晶圆W的径向边缘区域EA，并导致晶圆W的径向中心区域CA处的背封膜F的生长速率不再相对较高，也避免了被径向内侧元件21I加热后反应气体RG在径向内侧元件21I的干扰下供应至了晶圆W的径向边缘区域EA而不是供应至晶圆W的径向中心区域CA，并导致晶圆W的径向边缘区域EA处的背封膜F的生长速率不再相对较低。
在本发明的优选实施例中，尽管在附图中未示出但结合图1和图2可以理解地，所述多个加热元件21所处平面P1与晶圆W的背面WB之间的间距可以介于5cm至10cm之间。可以理解的是，如果加热元件21距离晶圆W的背面WB太近的话，会对晶圆W也产生加热作用，无法确保晶圆W被加热成径向中心区域CA的温度低于径向边缘区域EA的温度从而使晶圆W不产生塌陷，另一方面，如果加热元件21距离晶圆W的背面WB太远的话，被加热至不同温度由此产生了温度差异的反应气体RG需要行进较远的距离才能够到达晶圆W的背面WB，而气体的行进是不受约束的或者说可能会产生发散，由此会导致产生了温度差异的反应气体RG无法精确地到达晶圆W的径向中心区域CA以及径向边缘区域EA。在上述间距的情况下，既能够避免加热元件21对晶圆W产生加热作用，又能够避免加热后的反应气体RG的行进距离太长而无法精确地到达晶圆W的径向中心区域CA以及径向边缘区域EA。
在本发明的优选实施例中，加热元件21可以为电热丝。如前所述，所述多个加热元件21中的径向外侧元件21O和径向内侧元件21I需要提供不同的加热功率，在加热元件21为电热丝的情况下，这是很容易实现的，比如在提供给每根电热丝的电压都相同的情况下，只要使电热丝的电阻不同即可，具体地，如果需要提供较大的加热功率，则可以选择电阻相对较大的电热丝，而如果需要提供较小的加热功率，则可以选择电阻相对较小的电热丝。
在本发明的优选实施例中，参见图5，装置1还可以包括传送带30，该传送带30用于将晶圆W传送至与供应单元10相对的位置处，如在图5中通过实线示出的位置处。具体地，如在图5中示出的，装置1还可以包括间隔开的两个滚轮，传送带30呈环状并且绕制在所述两个滚轮上以通过所述两个滚轮的转动实现运行。
在本发明的优选实施例中，同样参见图5，装置1还可以包括多个托盘40，所述多个托盘40以沿着传送带30的传送方向T排列的方式搁置在传送带30上以被传送带30传送，每个托盘40用于承载单个晶圆W。这样，可以提高生产效率和产能。
另外，如在图5中示出的，装置1还可以包括用于加热晶圆W的加热单元50。如在图5中示出的，加热单元50可以主要对晶圆W的径向边缘区域EA进行加热，或者说将晶圆W的径向边缘区域EA加热至较高温度，而将晶圆W的径向中心区域CA加热至较低温度，以避免塌陷问题的产生。
参见图6并结合图1，本发明实施例还提供了一种用于背封晶圆W的方法，该方法可以包括：
S601：将反应气体RG供应至晶圆W以在晶圆W上生长背封膜F；
S602：对被供应的反应气体RG的温度进行调节，使得供应至晶圆W的径向中心区域CA的反应气体RG的第一温度T1高于供应至晶圆W的径向边缘区域EA的反应气体RG的第二温度T2。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于背封晶圆的装置，其特征在于，所述装置包括：
供应单元，所述供应单元用于将反应气体供应至所述晶圆以在所述晶圆上生长背封膜；
调节单元，所述调节单元用于对被供应的反应气体的温度进行调节，使得供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度高于供应至所述晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节单元包括多个加热元件，每个加热元件呈圆环状，所述多个加热元件处于同一平面中并且彼此同心，所述多个加热元件中的径向外侧元件用于对供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体进行加热，所述多个加热元件中的径向内侧元件用于对供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体进行加热。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述供应单元包括多个排气部分，每个排气部分呈圆环状并且由一连串用于排出反应气体的排气口构成，所述多个排气部分处于同一平面中并且彼此同心。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个加热元件设置在所述多个排气部分与所述晶圆的背面之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述加热元件和所述排气部分在径向上交替排列。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述多个加热元件所处平面与所述晶圆的背面之间的间距介于5cm至10cm之间。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热元件为电热丝。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括传送带，所述传送带用于将所述晶圆传送至与所述供应单元相对的位置处。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个托盘，所述多个托盘以沿着所述传送带的传送方向排列的方式搁置在所述传送带上以被所述传送带传送，每个托盘用于承载单个所述晶圆。
10.一种用于背封晶圆的方法，其特征在于，所述方法包括：
将反应气体供应至所述晶圆以在所述晶圆上生长背封膜；
对被供应的反应气体的温度进行调节，使得供应至所述晶圆的径向中心区域的反应气体的第一温度高于供应至所述晶圆的径向边缘区域的反应气体的第二温度。
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